董家河煤礦充水條件分析及水害防治對策

摘 要：本文主要從礦井充水水源、充水通道和充水強(qiáng)度3個方面對礦井現(xiàn)采煤層的充水條件進(jìn)行分析，確定了影響煤礦安全生產(chǎn)的主要水害，為采取相應(yīng)的水害預(yù)防與治理對策提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)；充水因素；水害防治；底板打鉆；注漿改造

1. 礦井基本概況

董家河煤礦屬于水文地質(zhì)類型“極復(fù)雜”型礦井，可采煤層有三層，為3、5、10號煤層，目前開采煤層為5號煤。近幾年，隨著礦井向深部的不斷延伸，5#煤層底板標(biāo)高為+230～+290m，奧灰“突水”危險隨時威脅著礦井的安全生產(chǎn)。因此，分析礦井的充水因素，對礦井的生產(chǎn)安全顯得十分重要。

2. 礦井充水條件分析

2.1 充水水源

2.2.1 地表水

縣西河自北向南穿過井田，該河流底部為二疊系地層，二疊系地層發(fā)育有隔水性能較好的泥巖隔水層，阻隔了河流對地下水的補(bǔ)給。根據(jù)《董家河煤礦二采區(qū)縣西河下壓煤開采可行性論證》報告，分析認(rèn)為在正常回采情況下，縣西河水對工作面安全回采不會構(gòu)成威脅。

2.1.2地下水

（1） 煤層頂板含水層水

5號煤層頂板以上砂巖含水層均屬裂隙含水層，主要指K5、K中、K※、K4砂巖裂隙承壓水，根據(jù)礦井統(tǒng)計情況，煤層頂板砂巖含水層出水點(diǎn)多出現(xiàn)在向斜軸部附近，另外工作面回采一般在煤層直接頂板初次垮落時也會出現(xiàn)10～70m3/h的涌水現(xiàn)象，但出水時間較短，總出水量相對有限，之后工作面正常回采期間，工作面涌水量較小。因此，煤層頂板含水層對5號煤層開采影響不大。

（2）煤層底板含水層水

煤層底板含水層主要指太原組K3、K2和奧陶系灰?guī)r含水層。其中K3含水層為5#煤的直接底板，在回采過程中將被直接擾動破壞，含水層水會進(jìn)入采掘空間。目前奧灰水位標(biāo)高+370m，礦井采掘范圍5號煤層開采標(biāo)高為+150～+295m，屬于帶壓開采，奧陶系灰?guī)r含水層是對5煤開采威脅最為嚴(yán)重的含水層。

2.1.3 老空水

因董家河煤礦開采順序為自淺向深，淺部采空區(qū)積水可能對后續(xù)深部煤層的回采造成影響。采空區(qū)積水對相鄰工作面的回采也構(gòu)成威脅。老空水是董家河煤礦的重要充水水源。

2.2 充水通道

充水通道是指各種充水水源進(jìn)入礦井的通道，包括斷層、裂隙密集帶、陷落柱、采動裂隙、采掘空間及封閉不良鉆孔等。

2.2.1 斷層

董家河井田內(nèi)斷層較發(fā)育。井田范圍內(nèi)未發(fā)現(xiàn)大斷層，但規(guī)模較小的正斷層發(fā)育密集，在空間上有成帶密集分布和疏密相間的特點(diǎn)。斷層和構(gòu)造帶是董家河礦最主要的導(dǎo)水通道。

2.2.2 陷落柱

董家河煤礦目前共發(fā)現(xiàn)巖溶陷落柱4個，皆為不含水、不導(dǎo)水的陷落柱。但在以后采掘活動中不能排除揭露的導(dǎo)水陷落柱存在的可能性，由陷落柱造成的奧灰突水一般突水量大，容易造成突水淹井事故，因此煤層回采過程中應(yīng)給以重視。

2.2.3 采動裂隙帶

（1）頂板導(dǎo)水裂縫帶

根據(jù)《董家河煤礦覆巖破壞高度與特征實測》報告， 在22509工作面對應(yīng)地表施工兩個地面鉆孔，采用鉆孔沖洗液漏失量觀測和鉆孔彩色電視窺視等方法實測工作面煤層采后頂板“兩帶”發(fā)育高度。煤層頂板垮落帶發(fā)育高度為11.83～14.23m，垮采比為4.23～5.08倍；煤層頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度為53.59～61.89m，裂采比為19.14～22.10倍，分析煤層回采后的導(dǎo)水裂縫帶可能波及至K中含水層。

（2）底板采動破壞裂隙帶

煤層回采后對底板巖層產(chǎn)生擾動，產(chǎn)生了底板巖層破壞深度，減小了底板有效隔水層厚度，如5#煤與奧陶系灰?guī)r含水層之間的有效隔水層厚度，不利于工作面的安全回采。底板巖層破壞深度也是礦井的導(dǎo)水通道之一。

2.2.4 封閉不良鉆孔

董家河井田經(jīng)歷了數(shù)期勘探，一般鉆孔都按要求進(jìn)行了封閉。但考慮到施工較早的一些鉆孔封孔質(zhì)量難以保障，在開采接近時應(yīng)采取相應(yīng)的防治措施，對封孔質(zhì)量進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)異常及時處理。

2.3 充水強(qiáng)度

2.3.1 大氣降水和地表水

作為礦井間接充水水源，大氣降水和地表水主要通過露頭或地面裂隙滲入補(bǔ)給。董家河煤礦5號煤層埋深一般在400m以上，煤層開采基本不受大氣降水和地表水的影響。

2.3.2 煤層頂板含水層

煤層頂板含水層主要包括K5、K中、K※和K4含水層等。受煤層回采后形成的頂板導(dǎo)水裂縫帶波及，各含水層均為礦井的直接充水含水層。斷層、異常構(gòu)造和導(dǎo)水裂縫帶是頂板含水層水進(jìn)入礦井的主要通道。煤層回采擾動后初期涌水量會較大，后期則逐漸減小。另外，隨著礦井的持續(xù)開采，頂板各含水層均處于持續(xù)疏放狀態(tài)之中。頂板各含水層對煤層回采的安全威脅較小。

2.3.3 煤層底板含水層

煤層底板山西組K3、K2含水層以靜儲量為主，在不接受奧灰水補(bǔ)給情況下對煤層回采威脅較小；在接受奧灰水補(bǔ)給時，其涌水量有較大增加。煤層地層基底的奧灰含水層厚度較大，富水性強(qiáng)，易通過斷層、裂隙等導(dǎo)水通道進(jìn)入采掘空間產(chǎn)生突水，對礦井安全威脅較大，奧灰含水層是威脅5#煤安全回采最為嚴(yán)重的含水層。

3礦井水害防治對策

3.1水害防治總體思路

結(jié)合以往勘探及采掘揭露資料對奧灰水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析；采用物探手段查明煤層頂?shù)装宓母凰惓^(qū)；防治水工作以5號煤層底板奧灰水防治為重點(diǎn)，采用鉆探對底板含水層導(dǎo)水通道進(jìn)行探查，經(jīng)過注漿加固，改造底板含水層為相對的隔水層。對已回采工作面采空區(qū)積水進(jìn)行隔離及加強(qiáng)水位水壓觀測；完善礦井主排水系統(tǒng)及工作面臨排系統(tǒng)，結(jié)合礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)等進(jìn)行礦井水害防治。

3.2 水害防治對策

董家河煤礦針對煤層底板的奧灰含水層的水害防治對策可歸納為以下七條，簡稱28字方針，即：

1.物探先行：從事采掘活動前，先利用地面三維地震和地面瞬變電磁等物探手段，初步查明煤層頂?shù)装蹇赡艽嬖诘母凰惓^(qū)和構(gòu)造發(fā)育區(qū)。

2.先探后掘：針對地面瞬變電磁探測的富水異常區(qū)和三維地震探測的構(gòu)造發(fā)育區(qū)，編制探放水設(shè)計方案和施工安全技術(shù)措施，并按程序?qū)徟Ｔ谔椒潘^程中，嚴(yán)格執(zhí)行安全技術(shù)措施。

3.電法測深：在井下采用直流電法、音頻電透視法等物探方法對工作面底板進(jìn)行綜合探測，對工作面底板構(gòu)造及富水性進(jìn)行評價，并圈定可能的突水危險區(qū)。通過施工探放水鉆孔和注漿加固對底板含水層裂隙進(jìn)行封堵。

4.注漿加固：通過注漿加固對底板含水層裂隙進(jìn)行封堵，將底板含水層改造為相對隔水層。注漿加固的目的層位為5#煤層底板下25m左右。

5.二次測深：工作面防治水注漿工程結(jié)束后，通過直流電法物探對煤層底板注漿加固效果進(jìn)行檢驗，針對富水異常區(qū)進(jìn)行底板探水和注漿加固，直至電法驗證效果為高阻區(qū)。

6.鉆探驗證：工作面注漿工程結(jié)束后，仍針對不放心的區(qū)域（即使二次電法測深為正常區(qū)域）再次進(jìn)行打鉆驗證。工作面回采前，申請礦業(yè)公司主管部門對防治水工程進(jìn)行驗收。

7.系統(tǒng)保障：在采掘和進(jìn)行防治水工程的過程中，完善礦井、工作面防排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)應(yīng)具備一定的抗災(zāi)能力。并制定切實有效的水害應(yīng)急預(yù)案，確保礦井安全生產(chǎn)。

4.結(jié)論

加強(qiáng)和重視水害防治工作， 對有效控制水害事故的發(fā)生具有重要的意義，多年來，董家河煤礦從資金、技術(shù)和裝備等各方面給防治水工作提供有力保障。今后，礦井仍將不斷探索防治水的技術(shù)流程和方法，并將其科學(xué)應(yīng)用于礦井水害防治工作，為安全生產(chǎn)提供有力保證。

參考文獻(xiàn)：

[1]《陜西陜煤澄合礦業(yè)有限公司澄合西區(qū)5號煤帶壓開采可行性研究》.中煤科工集團(tuán)西安研究院，2012年.

[2] 《陜西陜煤澄合礦業(yè)有限公司董家河煤礦分公司礦井水文地質(zhì)類型劃分報告》.中煤科工集團(tuán)西安研究院，2017年10月.

作者簡介：

安院文（1967- ）：男，陜西渭南人，采煤工程師。1990年畢業(yè)于陜西煤炭工業(yè)學(xué)校采煤專業(yè)。職務(wù)：總經(jīng)理（礦長），主要從事礦井安全生產(chǎn)和技術(shù)管理工作。